一种基于半芳香聚酯聚碳酸酯二元醇的可生物降解聚氨酯及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于半芳香聚酯聚碳酸酯二元醇的可生物降解聚氨酯的制备方法：通过将二氧化碳基半芳香聚酯聚碳酸酯二元醇与二（多）异氰酸酯聚合反应得到可生物降解的热塑性聚氨酯弹性体（TPU）。半芳香性的聚酯聚碳酸酯二元醇，是常压下由二氧化碳与低成本的二元醇直接反应得到的新型低聚物二元醇。本发明专利技术制备方法所获得的聚氨酯弹性体在具备优良耐候、耐水、耐氧化以及良好机械强度的同时，兼具可生物降解性能，并高效利用了二氧化碳，符合绿色发展的理念。色发展的理念。色发展的理念。

【技术实现步骤摘要】
一种基于半芳香聚酯聚碳酸酯二元醇的可生物降解聚氨酯及其制备方法


[0001]本专利技术属于热塑性聚氨酯弹性体（TPU）制备
，具体涉及一种基于半芳香聚酯聚碳酸酯二元醇的可生物降解聚氨酯及其制备方法。

技术介绍

[0002]聚氨酯是一类综合性能优异的高分子材料，可用于制造塑料、橡胶、纤维、泡沫、胶粘剂、涂料及密封材料等，其中热塑性聚氨酯弹性体（TPU）作为一种具有优良的抗拉伸、抗冲击能力以及耐磨、耐水、耐油的聚合物高性能材料广泛应用于工业、制造、体育、医用等各个领域。聚氨酯主要由二（多）异氰酸酯与小分子扩链剂形成硬段，低聚物多元醇构成软段，通过选用不同种类的多元醇、二（多）异氰酸酯以及扩链剂，可以对其力学性能、玻璃化转变温度、耐磨性、透明度、硬度等进行调控。其中低聚物多元醇作为长链段，其不同的结构形态对合成的TPU材料的性能有显著的影响。
[0003]目前TPU合成应用的低聚物多元醇主要有聚醚多元醇、聚酯多元醇、聚碳酸酯多元醇、生物质多元醇及其衍生物等。目前国内市场上最常用的是聚醚多元醇和聚酯多元醇两大类。聚酯多元醇合成的TPU具有力学机械性能好、及抗磨性能优越等特点，但是多元醇分子主链上含有的酯基也导致聚氨酯产品耐水解性能较差、低温柔顺性差，同时生产成本较高；采用聚醚多元醇的TPU产品因为分子主链结构中的醚键的存在内聚能较低，容易旋转，因而具有良好的低温柔顺性以及耐水解性能，但机械性能较差。以上原因使得这两种多元醇基的TPU材料在许多应用场景下难以满足性能要求。
[0004]聚碳酸酯二元醇为原料制备出的聚碳酸酯型TPU不仅拥有聚酯型TPU优良的力学机械性能、耐磨性，同时具有优秀的耐水解、耐氧化性能。并且，碳酸酯键的存在让其拥有可生物降解性能。因此，聚碳酸酯二元醇也被认为是性能最优异的二元醇之一。
[0005]目前碳酸酯二元醇的来源主要是酯交换法合成，是以碳酸二甲酯和小分子脂肪族或者芳香族二元醇为原料在酯交换催化剂的存在下，通过进行酯交换反应逐步聚合得到聚碳酸酯二元醇。该法是目前工业合成聚碳酸酯二元醇工艺中最普遍的也是最成熟的工艺，但该方法能耗较大且制备过程需脱除副产物，所用的原料成本高，且得到的碳酸酯二元醇的分子量分散度大。同时该工艺路线中原料碳酸酯的合成往往利用到了光气，对生产设备要求高且有较大毒性，不符合日益增长的环保需求，以上因素都限制了聚碳酸酯二元醇在聚氨酯合成中的应用。

技术实现思路

[0006]针对以上现有技术存在的缺点和不足之处，本专利技术的目的在于提供一种低成本的基于半芳香聚酯聚碳酸酯二元醇的可生物降解聚氨酯及其制备方法，制备得到的聚氨酯弹性体具有良好的耐候、耐水、耐氧化以及良好机械强度，兼具可生物降解性能。
[0007]本专利技术目的通过以下技术方案实现：
.一种基于半芳香聚酯聚碳酸酯二元醇的可生物降解聚氨酯，其结构特征如式1所示：
[0008]式1其中m ≥ 1，n≥ 1,q≥ 1，l≥ 1；m，n，q，l均为整数；所述R1为二（多）异氰酸酯的主链，R2为扩链剂主链，R3为包括但不限于碳数为2～6的脂肪族烃基，Ar表示苯环，苯环所连羰基互为邻位、间位或者对位；X为
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NH
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基团或
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O
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基团。
[0009]上述基于半芳香聚酯聚碳酸酯二元醇的可生物降解聚氨酯的制备方法，包括如下步骤：（1）将二氧化碳基半芳香聚酯聚碳酸酯二元醇、二（多）异氰酸酯、催化剂混合搅拌并加热反应，得到聚氨酯预聚物；所述加热反应在常压或减压条件下进行，加热反应温度为40~120℃，反应时间2
‑
8 h；（2）将聚氨酯预聚物与扩链剂共同注入挤出机内，在150
‑
200℃温度区间、50
‑
100 rpm转速区间内反应5
‑
20 min挤出造粒，干燥熟化后得到热塑性聚氨酯弹性体颗粒。
[0010]作为优选的，在上述基于半芳香聚酯聚碳酸酯二元醇的可生物降解聚氨酯的制备方法中，各组分的重量百分比为：二氧化碳基半芳香聚酯聚碳酸酯二元醇77.95%
‑
94.69%，二（多）异氰酸酯3.2%
‑
12.0% ，扩链剂 2.1 %
‑
10.0%，催化剂 0.01
‑
0.05%。
[0011]作为优选的，在上述基于半芳香聚酯聚碳酸酯二元醇的可生物降解聚氨酯的制备方法中，所述二氧化碳基半芳香聚酯聚碳酸酯二元醇记载于公开号为CN 114573799 A的中国专利技术专利中，其结构如式2表示：
[0012]式2其中，q≥ 1，l≥ 1,q,l均为整数；所述R3为包括但不限于碳数为2～6的脂肪族烃基，Ar表示苯环，苯环所连羰基互为邻位、间位或者对位。
[0013]作为优选的，在上述基于半芳香聚酯聚碳酸酯二元醇的可生物降解聚氨酯的制备方法中，所述二（多）异氰酸酯为脂肪族二（多）异氰酸酯、脂环族二（多）异氰酸酯或芳香族二（多）异氰酸酯。具体为六亚甲基二异氰酸酯(HDI)、1,4
‑
丁二异氰酸酯(BDI)、L
‑
赖氨酸二异氰酸酯(LDI)、L
‑
赖氨酸乙酯二异氰酸酯(ELDI)、L
‑
赖氨酸甲酯二异氰酸酯(MLDI)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)、对甲苯二异氰酸酯(TDI)、二苯甲烷二异氰酸酯(MDI)和对苯二亚甲基二异氰酸酯(XDI)中的一种或多种。
[0014]作为优选的，在上述基于半芳香聚酯聚碳酸酯二元醇的可生物降解聚氨酯的制备方法中，所述扩链剂为乙二醇、1,3
‑
丙二醇、1,2
‑
丙二醇、1,4
‑
丁二醇、1,5
‑
戊二醇、1,6
‑
己二醇、1,4
‑
环己烷二甲醇、二甘醇、乙醇胺、三异丙醇胺、乙二胺、甲基环己二胺、3,5
‑
二甲硫基甲苯二胺、3,5
‑
二乙基甲苯二胺及其混合物。
[0015]作为优选的，在上述基于半芳香聚酯聚碳酸酯二元醇的可生物降解聚氨酯的制备方法中，所述催化剂为金属烷基类、脂肪胺类、脂环胺类、醇胺类。具体为辛酸亚锡、油酸亚锡、二月桂酸二丁基锡、四丁基氯化铵、三乙胺、三亚乙基二胺、五甲基二亚乙基三胺、N
‑
甲基吗啡琳、四甲基乙二胺、二甲基苄胺、1
‑
甲基
‑4‑
二甲胺乙基哌嗪、N,N
‑
二乙基
‑3‑
二乙胺基丙胺、三乙醇胺中的一种。
[0016]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：本专利技术的基于半芳香聚酯聚碳酸酯二元醇的可生物降解聚氨酯的制备方法，采用了低成本的二氧化碳基半芳香聚酯聚碳酸酯低聚物二元醇作为原料，不同于传统的高成本以及有间接污染的酯交换法合成路线，其合成路线直接使用了常压的二氧化本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于半芳香聚酯聚碳酸酯二元醇的可生物降解聚氨酯，其特征在于，其结构特征如式1所示：；式1其中m ≥ 1，n ≥ 1, q ≥ 1，l ≥ 1；m，n，q，l均为整数；所述R1为二（多）异氰酸酯的主链，R2为扩链剂主链，R3为包括但不限于碳数为2～6的脂肪族烃基，Ar表示苯环，苯环所连羰基互为邻位、间位或者对位；X为
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NH
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基团或
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O
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基团。2.权利要求1所述基于半芳香聚酯聚碳酸酯二元醇的可生物降解聚氨酯的制备方法，其特征在于包括如下步骤：（1）将二氧化碳基半芳香聚酯聚碳酸酯二元醇、二（多）异氰酸酯、催化剂混合搅拌并加热反应，得到聚氨酯预聚物；所述加热反应在常压或减压条件下进行，加热反应温度为40~120℃，反应时间2
‑
8 h；（2）将聚氨酯预聚物与扩链剂共同注入挤出机内，在150
‑
200℃温度区间、50
‑
100 rpm转速区间内反应5
‑
20 min挤出造粒，干燥熟化后得到热塑性聚氨酯弹性体颗粒。3.如权利要求2所述的基于半芳香聚酯聚碳酸酯二元醇的可生物降解聚氨酯的制备方法，其特征在于，各组分的重量百分比为：二氧化碳基半芳香聚酯聚碳酸酯二元醇77.95%
‑
94.69%，二（多）异氰酸酯3.2%
‑
12.0% ，扩链剂 2.1 %
‑
10.0%，催化剂 0.01
‑
0.05%。4.如权利要求2所述的基于半芳香聚酯聚碳酸酯二元醇的可生物降解聚氨酯的制备方法，其特征在于，所述二氧化碳基半芳香聚酯聚碳酸酯二元醇的结构如式2表示：；式2其中， q ≥ 1，l ≥ 1, q, l均为整数；所述R3为包括但不限于碳数为2～6的脂肪族烃基，Ar表示苯环，苯环所连羰基互为邻位、间位或者对位。5.如权利要求2所述的基于半芳香聚酯聚碳酸酯二元醇的可生物降解聚氨酯的制备方法，其特征在于，所述二...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩东梅，钟文彬，孟跃中，肖敏，王拴紧，黄盛，黄智恒，任山，徐艳，梁嘉欣，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：